制备高性能冲压硬化钢部件的方法与流程

本发明公开了一种用于制备冲压硬化钢部件的方法。

背景技术：

1、本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

2、冲压硬化钢(phs)，也称为“热冲压钢”或“热成形钢”，是用于汽车车身结构应用的最强的钢之一。例如，在某些应用中，冲压硬化钢可具有约1,500兆帕(mpa)的拉伸强度性质和强度重量比的显著增加。冲压硬化钢部件在各种工业和应用中已经变得越来越普遍，所述各种工业和应用包括一般制造、建筑设备、汽车或其它运输工业、家用或工业结构等。例如，当制造车辆，尤其是汽车时，希望燃料效率和性能的持续改进。因此，冲压硬化钢部件越来越多地用于汽车或其它运输工业。例如，冲压硬化钢部件通常用于形成载荷支承部件（load-bearing component），如侧门防撞梁（door beam），其通常需要高强度材料。这些冲压硬化钢部件具有高强度和足够的延展性来抵抗外力，包括例如抵抗侵入乘客舱。

3、许多用于形成冲压硬化钢部件的工艺包括使用炉将钢板坯料奥氏体化。例如，奥氏体化可在大于或等于约880℃至小于或等于约950℃的温度下发生。奥氏体化之后通常是使用模具对钢板进行压制和淬火。例如，在直接工艺中，冲压硬化钢部件可在模具之间同时形成和压制，其也被构造成淬火钢板。在间接工艺的情况下，冲压硬化钢部件可冷成形以形成中间部分形状（intermediate partial shape），该中间部分形状然后经受奥氏体化并随后压制和淬火。在每种情况下，冲压硬化钢部件的淬火通常将微观组织从奥氏体转变成马氏体，并且淬火包括使用差分冷却（differential cooling）来调节冲压硬化钢部件的强度和伸长率性质。例如，硼-锰钢(例如22mnb5)中冷却速率高于27k/s通常导致马氏体组织的形成，而较低的冷却速率迫使形成具有较低强度的更易延展的微观组织，例如贝氏体和铁素体-珠光体。因此，将期望开发钢组合物，以及制造冲压硬化钢部件的方法，其可以改善强度、延展性和抗断裂性(即，韧性)。

技术实现思路

1、本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

2、本技术涉及冲压硬化钢，并且还涉及由冲压硬化钢形成冲压硬化或高强度钢部件的方法，而不使用用于在热冲压期间避免氧化的预涂覆的涂层，并且还不需要在形成过程后的去氧化皮操作。

3、在各个方面，本公开提供了一种用于制备冲压硬化钢部件的方法。方法可包括使用具有两个或更多个区的炉将钢合金坯料奥氏体化以形成加热的坯料。两个或更多个区中的第一区可具有用于保护气体的第一温度和第一流速。两个或更多个区中的第二区可具有大于第一温度的第二温度和大于第一流速的保护气体的第二流速。方法还可包括冲压加热的坯料以形成限定冲压硬化钢部件的预定形状。

4、在一个方面，第一温度可大于或等于约700℃至小于或等于约910℃，并且第二温度可大于或等于约760℃至小于或等于约950℃。

5、在一个方面，第一流速可大于或等于约30m3/h至小于或等于约50m3/h，并且第二流速可大于或等于约50m3/h至小于或等于约160m3/h。

6、在一个方面，第一区中的第一加热速率可大于或等于约10℃/秒至小于或等于约30℃/秒，且第二区中的第二加热速率可大于或等于约0℃/秒至小于或等于约10℃/秒。

7、在一个方面，钢合金坯料可在第一区中保持大于或等于约39秒至小于或等于约164秒的时间段。

8、在一个方面，保护气体可以是含氮气体。

9、在一个方面，钢合金坯料可包含大于或等于约0.05重量%至小于或等于约0.45重量%的碳(c)、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约6重量%的铬(cr)、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2.5重量%的硅(si)以及余量的铁。

10、在一个方面，钢合金坯料还可包含大于0重量%至小于或等于约4.5重量%的锰(mn)。

11、在一个方面，钢合金坯料可进一步包含以下中的至少一种：大于0重量%至小于或等于约5重量%的镍(ni)，大于0重量%至小于或等于约3重量%的铜(cu)，大于0重量%至小于或等于约1重量%的钼(mo)，大于0重量%至小于或等于约1重量%的钒(v)，以及大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的铌(nb)。

12、在一个方面，冲压可包括以恒定速率将加热的坯料淬火至小于或等于限定钢合金坯料的钢合金的大约马氏体相变终了(mf)温度（martensite finish (mf) temperature）且大于或等于大约20℃的温度。

13、在各个方面，本公开提供了一种用于制备冲压硬化钢部件的方法。方法可包括形成加热的坯料。加热的坯料可通过在具有两个或更多个区的炉的第一区中将钢合金坯料加热至第一温度，并且在将钢合金坯料加热至第一温度之后，在炉的第二区中将钢合金坯料加热至第二温度而形成。第一区可具有用于保护气体的第一流速。第二温度可大于第一温度。第二区可具有大于第一流速的用于保护气体的第二流速。方法还可包括以恒定速率冲压和淬火加热的坯料至小于或等于限定钢合金坯料的钢合金的大约马氏体相变终了(mf)温度且大于或等于大约20℃的温度，以形成冲压硬化钢部件。

14、在一个方面，第一温度可大于或等于约700℃至小于或等于约910℃，第二温度可大于或等于约760℃至小于或等于约950℃，第一流速可大于或等于约30m3/小时至小于或等于约50m3/小时，并且第二流速可大于或等于约50m3/小时至小于或等于约160m3/小时。

15、在一个方面，方法还可包括在将钢合金坯料加热至第一温度之后，并且在将钢合金坯料加热至第二温度之前，在炉的第三区中将钢合金坯料加热至第三温度。第三区可设置在第一区和第二区之间。第三温度可大于第一温度并且小于第二温度。第三区可具有等于第一流速的保护气体的第三流速。

16、在一个方面，第一温度可大于或等于约700℃至小于约800℃，第三温度可大于约800℃至小于或等于约850℃，并且第二温度可大于或等于约850℃至小于或等于约910℃。

17、在一个方面，第一区中的第一加热速率可大于或等于约10℃/秒至小于或等于约30℃/秒，第三区中的第三加热速率可大于或等于约10℃/秒至小于或等于约30℃/秒，且第二区中的第二加热速率可大于或等于约3℃/秒至小于或等于约20℃/秒。

18、在一个方面，方法还可包括在将钢合金坯料加热至第三温度之后，并且在将钢合金坯料加热至第二温度之前，在炉的第四区中将钢合金坯料加热至第四温度。第四区可设置在第三区和第二区之间。第四温度可大于第三温度并且小于第二温度。第四区可具有等于第一流速的保护气体的第四流速。

19、在一个方面，第四温度可大于约910℃至小于或等于约930℃。

20、在一个方面，第四区中的第四加热速率可大于或等于约1℃/秒至小于或等于约20℃/秒。

21、在一个方面，钢合金坯料可包含大于或等于约0.05重量%至小于或等于约0.45重量%的碳(c)、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约6重量%的铬(cr)、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2.5重量%的硅(si)、大于0重量%至小于或等于约4.5重量%的锰(mn)以及余量的铁。

22、在各个方面，本公开提供了一种用于制备冲压硬化钢部件的方法。方法可包括在炉的第一区中将钢合金坯料加热到大于或等于约700℃至小于约800℃的第一温度，在炉的第二区中将钢合金坯料加热到大于约800℃至小于或等于约850℃的第二温度，将钢合金坯料加热到大于或等于约850℃至小于或等于约880℃的第三温度，以及将钢合金坯料加热到大于或等于约910℃至小于或等于约930℃的第四温度。第一区可具有用于保护气体的第一流速。第二区可具有用于保护气体的第二流速。第三区可具有用于保护气体的第三流速。第四区可具有用于保护气体的第四流速。第四流速可大于第一流速、第二流速和第三流速。第一流速、第二流速和第三流速可相同或不同。方法还可包括在将钢合金坯料加热至第四温度之后，冲压加热的坯料以形成限定冲压硬化钢部件的预定形状。

23、在一个方面，冲压可包括以恒定速率将加热的钢合金坯料淬火至小于或等于限定钢合金坯料的钢合金的大约马氏体相变终了(mf)温度且大于或等于大约20℃的温度。

24、本发明公开了以下实施方案：

25、方案1. 一种用于制备冲压硬化钢部件的方法，所述方法包括：

26、使用具有两个或更多个区的炉将钢合金坯料奥氏体化以形成加热的坯料，其中所述两个或更多个区中的第一区具有第一温度和用于保护气体的第一流速，并且所述两个或更多个区中的第二区具有大于所述第一温度的第二温度和用于所述保护气体的大于所述第一流速的第二流速；以及

27、冲压所述加热的坯料以形成限定所述冲压硬化钢部件的预定形状。

28、方案2. 根据实施方案1所述的方法，其中所述第一温度大于或等于约700℃至小于或等于约910℃，并且所述第二温度大于或等于约760℃至小于或等于约950℃。

29、方案3. 根据实施方案1所述的方法，其中所述第一流速大于或等于约30m3/h至小于或等于约50m3/h，并且所述第二流速大于或等于约50m3/h至小于或等于约160m3/h。

30、方案4. 根据实施方案1所述的方法，其中所述第一区中的第一加热速率大于或等于约10℃/秒至小于或等于约30℃/秒，且所述第二区中的第二加热速率大于或等于约0℃/秒至小于或等于约10℃/秒。

31、方案5. 根据实施方案1所述的方法，其中所述钢合金坯料在所述第一区中保持大于或等于约39秒至小于或等于约164秒的时间段。

32、方案6. 根据实施方案1所述的方法，其中所述保护气体是含氮气体。

33、方案7. 根据实施方案1所述的方法，其中所述钢合金坯料包含：

34、大于或等于约0.05重量%至小于或等于约0.45重量%的碳(c)；

35、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约6重量%的铬(cr)；

36、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2.5重量%的硅(si)；以及

37、余量的铁。

38、方案8. 根据实施方案7所述的方法，其中所述钢合金坯料还包含：

39、大于0重量%至小于或等于约4.5重量%的锰(mn)。

40、方案9. 根据实施方案7所述的方法，其中所述钢合金坯料还包含以下中的至少一种：

41、大于0重量%至小于或等于约5重量%的镍(ni)；

42、大于0重量%至小于或等于约3重量%的铜(cu)；

43、大于0重量%至小于或等于约1重量%的钼(mo)；

44、大于0重量%至小于或等于约1重量%的钒(v)；以及

45、大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的铌(nb)。

46、方案10. 根据实施方案1所述的方法，其中所述冲压包括：

47、以恒定速率将所述加热的坯料淬火至小于或等于限定所述钢合金坯料的钢合金的大约马氏体相变终了(mf)温度且大于或等于大约20℃的温度。

48、方案11. 一种用于制备冲压硬化钢部件的方法，所述方法包括：

49、通过以下形成加热的坯料：

50、在具有两个或更多个区的炉的第一区中将钢合金坯料加热至第一温度，所述第一区具有用于保护气体的第一流速；以及

51、在将钢合金坯料加热至第一温度之后，在炉的第二区中将钢合金坯料加热至第二温度，第二温度大于第一温度，并且第二区具有大于第一流速的用于保护气体的第二流速；以及

52、以恒定速率冲压和淬火所述加热的坯料至小于或等于限定所述钢合金坯料的钢合金的大约马氏体相变终了(mf)温度且大于或等于大约20℃的温度，以形成所述冲压硬化钢部件。

53、方案12. 根据实施方案11所述的方法，其中所述第一温度大于或等于约700℃至小于或等于约910℃，所述第二温度大于或等于约760℃至小于或等于约950℃，所述第一流速大于或等于约30m3 /小时至小于或等于约50m3 /小时，并且所述第二流速大于或等于约50m3 /小时至小于或等于约160m3 /小时。

54、方案13. 根据实施方案11所述的方法，其中所述方法进一步包括：

55、在将所述钢合金坯料加热至所述第一温度之后，并且在将所述钢合金坯料加热至所述第二温度之前，在所述炉的第三区中将所述钢合金坯料加热至第三温度，所述第三区设置在所述第一区和所述第二区之间，所述第三温度大于所述第一温度并且小于所述第二温度，并且所述第三区具有等于所述第一流速的用于所述保护气体的第三流速。

56、方案14. 根据实施方案13所述的方法，其中所述第一温度大于或等于约700℃至小于约800℃，所述第三温度大于约800℃至小于或等于约850℃，并且所述第二温度大于或等于约850℃至小于或等于约910℃。

57、方案15. 根据实施方案13所述的方法，其中所述第一区中的第一加热速率大于或等于约10℃/秒至小于或等于约30℃/秒，所述第三区中的第三加热速率大于或等于约10℃/秒至小于或等于约30℃/秒，且所述第二区中的第二加热速率大于或等于约3℃/秒至小于或等于约20℃/秒。

58、方案16. 根据实施方案13所述的方法，其中所述方法还包括；

59、在将所述钢合金坯料加热至所述第三温度之后，并且在将所述钢合金坯料加热至所述第二温度之前，在所述炉的第四区中将所述钢合金坯料加热至第四温度，所述第四区设置在所述第三区和所述第二区之间，所述第四温度大于所述第三温度并且小于所述第二温度，并且所述第四区具有等于所述第一流速的用于所述保护气体的第四流速。

60、方案17. 根据实施方案16所述的方法，其中所述第四区中的第四加热速率大于或等于约1℃/秒至小于或等于约20℃/秒。

61、方案18. 根据实施方案11所述的方法，其中所述钢合金坯料包含：

62、大于或等于约0.05重量%至小于或等于约0.45重量%的碳(c)；

63、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约6重量%的铬(cr)；

64、大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2.5重量%的硅(si)；

65、大于0重量%至小于或等于约4.5重量%的锰(mn)；以及

66、余量的铁。

67、方案19. 一种用于制备冲压硬化钢部件的方法，所述方法包括：

68、在炉的第一区中将钢合金坯料加热到大于或等于约700℃至小于约800℃的第一温度，并且所述第一区具有用于保护气体的第一流速；

69、在所述炉的第二区中将所述钢合金坯料加热到大于约800℃至小于或等于约850℃的第二温度，所述第二区具有用于所述保护气体的第二流速；

70、将所述钢合金坯料加热到大于或等于约850℃至小于或等于约880℃的第三温度，所述第三区具有用于所述保护气体的第三流速；

71、将所述钢合金坯料加热到大于或等于约910℃至小于或等于约930℃的第四温度，所述第四区具有用于所述保护气体的第四流速，

72、第四流速大于第一流速、第二流速和第三流速，以及

73、所述第一流速、所述第二流速和所述第三流速相同或不同；以及

74、在将所述钢合金坯料加热至所述第四温度之后，冲压所述加热的坯料以形成限定所述冲压硬化钢部件的预定形状。

75、方案20. 根据实施方案19所述的方法，其中所述冲压包括：

76、以恒定速率将所述加热的钢合金坯料淬火至小于或等于限定所述钢合金坯料的钢合金的大约马氏体相变终了(mf)温度且大于或等于大约20℃的温度。

77、从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。本
技术实现要素：
中的描述和具体实例仅意在用于说明的目的，而不是意在限制本公开的范围。